[00133244]木质素基水泥助磨激发剂的研制

1、任务来源与背景 本项目来自广东省重大科技专项资金项目“木质素基水泥助磨激发剂的研制”（ 项目编号：2012A080105012;负责人：邱学青）。 本技术应用造纸制浆黑液进行资源化改性,通过制备高效木质素基水泥助磨激发剂产品。水泥助磨激发剂作为一种化学激发剂,能改善水泥颗粒分布并激发水化动力,从而提高水泥早期强度和后期强度。使用水泥助磨激发剂,一方面可提高水泥磨机粉磨效率的8%~15%,即电耗降低8%~15%,起到节约生产成本的作用;而增强组分能有效地激发混合材的活性、提高混合材在水泥中掺量的10%~20%,从而有效地降低水泥的生产成本。以来源丰富、价格低廉的造纸黑液为原料来开发高效水泥助磨激发剂能有效解决石油资源的紧缺及造纸行业对环境污染问题,促进循环经济的发展。 2、技术原理和性能指标 本项目利用造纸黑液为原料,研制高性能木质素基水泥助磨激发剂。以北方省份盛产的麦草浆黑液和广东省盛产的竹浆黑液为原料,采用氧化改性的方法打破黑液中木质素的团聚结构,增强其反应活性,并且提高了木质素分子中的羧基含量,改善其助磨增强性能;在氧化反应的基础上,通过Mannich接枝反应在活化木质素分子的酚羟基邻位引入了高活性醇胺基团,引入的醇胺活性基团具有良好的助磨增强活性,大大改善了木质素分子的助磨增强能力。另外还将造纸黑液中的水溶性半纤维素、糖类等低分子极性有机物作为辅料也有效利用起来,实现了造纸黑液的组分全部利用。将化学改性的产物进行配伍增效,研制出两个高性能木质素基水泥助磨剂产品GCL6-1、GCL6-2。 合同书指标：液体状,液体浓度为35％~45％,水溶性良好;分子量分布范围600～5000;1%水溶液的表面张力≤30mN.m-1,液体在pH 为7～12 之间能稳定贮存。新型木质素基水泥助磨激发剂应用于水泥熟料和混合材的粉磨中的指标：添加量≤2‰;pH 值为10~12;相对于空白水泥熟料和混合材,45μm 筛余下降百分比≥20%,可提高粉磨效率20%以上;可以使水泥的28 天抗压强度提高5~10MPa,抗折强度提高2~3MPa;延长水泥凝结时间≤30min。 实际产品性能指标：采用氧化活化和Mannich工艺研制的GCL6-1和GCL6-2都属于“千分级”高效助磨剂,在1.5‰和1.0‰添加量下可以提高水泥粉磨效率20%和25%以上,提高水泥28天抗压强度5-7 MPa以上,提高水泥28天抗折强度2 MPa以上。 生产每吨折固GCL6-1的原材料成本：2364.5元/吨;人工费：200元/吨;电费：100元/吨;每吨折固GCL6-1的生产成本费：2364.5+200+100＝2664.5元/吨,也就是GCL6-1的生产成本为2664.5元/吨。 生产每吨折固GCL6-2的原材料成本：2691元/吨;人工费：200元/吨;电费：100元/吨;每吨折固GCL6-2的生产成本费：2691+200+100＝2991元/吨,也就是GCL6-2的生产成本为2691元/吨。 3、技术的创造性与先进性 （1）在低温常压下对碱木质素进行催化预氧化反应,提高碱木质素的羧酸基含量和活性反应位,然后通过Mannich反应接入醇胺基,合成具有羧酸基和醇胺基的木质素基高效水泥助磨激发剂,开创了木质素基高效水泥助磨剂的先河。 （2）造纸黑液组成复杂,除了含有碱木质素,还有一定量的糖份、碱和无机盐等杂质。本项目直接以造纸黑液为原料,拟将黑液中的碱用作氧化反应和Mannich反应的催化剂,将糖份和无机盐作为助磨增强的添加剂,将其中的碱木质素作为主要原料进行化学改性研制出成本低、性能优良的木质素基高效水泥助磨激发剂。在制备和应用中,不再对原料和产品进行分离,实现全组份利用。该技术既充分利用了造纸黑液的中的碱木质素,还可以利用黑液中其它组分,避免了黑液的分离提纯对环境的污染,属于零排放的绿色化学工艺。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 本成果所提出的合成方法先进、工艺成熟,适合于工业化生产,产品适用于各类硅酸盐水泥的生产中。 5、应用情况及存在问题 本技术以造纸黑液为原料完成GCL6-1、GCL6-2高性能木质素基水泥助磨剂的中试生产、实验室粉磨及工厂粉磨实验,正在多家水泥厂开展推广工作。 木质素基高效水泥助磨激发剂具有成本低、高效、无毒、环境友好的特点,对水泥具有助磨增强作用。但是由于生产水泥助磨激发剂时需要在水体系中进行反应,得到的水泥助磨激发剂产品中含有大量水分,这些水分对水泥熟料的生产不利,因此在水泥的球磨中不能多加,否则会影响水泥熟料和含水量和强度。因此,需要解决产品含水量的问题,后期计划降低木质素基高效水泥助磨激发剂的软化点,尝试合成无水状态下的液体木质素助磨剂产品。